CN110739594A - 一种海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海洋单点系泊大功率导电滑环，该导电滑环由环体组件制备、定子组件、电刷块组件、密封模块组成，用两组轴承支撑旋转轴系，实现定子组件和轴体组件的相对旋转和大功率信号的传输。在产品使用过程中，通过振动传感器、压力传感器、温度传感器对电力传输进行监测和控制，保障电力传输的安全性和稳定性利用该系实现海洋平台用导电滑环大功率传输，传输能力达到120MW，实现海洋平台用大功率导电滑环金属材料、非金属材料选取；在产品使用过程中，通过振动传感器、压力传感器、温度传感器能够对电力传输进行监测和控制，保障电力传输的安全性和稳定性。

Description

一种海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电滑环，尤其是涉及一种海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环及其制备方法。

背景技术

导电滑环是一种电功率和电信号的传输装置，其工作原理是通过导电滑环的定子部分和转子部分的相对旋转实现两部分之间的信号的精确传输和联结。

超大功率导电滑环是实现两个相对机构间的超大功率传递的精密输电装置。我国在加大海洋资源利用和开发的道路上安装的单点系泊***所使用的大功率滑环一直依赖进口，超大功率导电滑环的技术及产品被挪威的APL、荷兰的Blue-water等公司垄断；整个***直接进口，其核心部件——超大功率导电滑环也处于垄断状态，价格昂贵并且安装、维护不便，阻碍了我国海洋工程的发展和壮大。

大功率导电滑环要求传输功率大、电传输安全性高、使用寿命长等，我国也逐步开展了部分型号的研制生产，技术逐渐成熟；国外单点系泊***用导电滑环的研制时间早，应用相对广泛，但是价格昂贵，售后服务难以满足我国要求；因此，近几年在工信部等渠道也是加大了该类电旋转传输装置关键技术突破的支持力度。

因此，研发一种大功率导电滑环，应用与大功率旋转传输显得尤为重要。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环。

本发明的第二个目的在于提供一种海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环的制备方法。

本发明的第一个目的是这样实现的：

一种海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环，包括定子组件、轴体组件、环片、左密封圈、左轴承、绝缘垫圈、右轴承、右密封圈和电刷组件，在轴体组件和定子组件之间的左右两端分别套有左密封圈、左轴承和右轴承、右密封圈，使得套在定子组件中的轴体组件能相对于定子组件进行转动，在轴体组件上设有若干片呈均匀排列的环片，相邻环片之间采用绝缘陶瓷材料作为绝缘垫圈，带刷块的电刷组件通过电刷组件螺钉安装在定子组件的外侧壁上，在环片的外侧壁上设有由两个绝缘垫圈和一个环片组成的“U”形槽，特征是：在定子组件的外壁中间设有带有密封圈的通孔，使得电刷组件从定子组件的通孔中穿过，海缆的一端随电刷组件伸入到定子组件内，电刷组件嵌入到两个相邻的绝缘垫圈之间与环片滑动接触，两个温度传感器的各一端伸入到定子组件内并分别与左轴承、右轴承的外壁接触，温度传感器分别通过导线与控制电路连接。

在电刷组件内的上端设有弹簧，弹簧的一端与刷块连接，弹簧的另一端钩住电刷组件壳体，采用外力迫使刷块与环片有很好的接触。

在电刷组件内的弹簧上端设有压力传感器，以时时监测弹簧对刷块的压力；在电刷组件内的刷块左上端设有振动传感器，以时时监测导电滑环的振动量级；振动传感器、压力传感器分别通过导线与控制电路连接。

为增加接触面积，电刷组件与环片间采用圆弧型啮合方式，将单个触点压力设置为1000g～2000g，并实时监测弹簧对电刷组件的压力。

一种海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环的制备方法，特征是：具体步骤如下：

A、环体组件的制备：

超大功率导电滑环的环体组件采用高纯度铜合金作为基体进行输电，表面不处理；铜环与铜环之间采用绝缘陶瓷材料作为绝缘垫圈；绝缘垫圈比铜导电滑环的外径大，能增加相邻环路间的耐压能力；

环体组件的成形过程中，三相线的3根导线为一束线，导线与环片为压接而成，在环体组件的成形过程中，逐一压接安装成形，在环体与导线的空隙内填充绝缘环氧树脂；

将环片依次叠组在中心轴上，两块相邻的环片之间用绝缘垫圈隔开，将单根导线从单股导线的绝缘棒内依次穿过环片的小孔，直到与相接的环片进行压接，并将左侧位置填满绝缘环氧树脂，直到所有环片与导线压接完成；

绝缘间距：30mm，直径方向凸40mm；

通过对绝缘陶瓷材料的绝缘性能试验，30mm的绝缘陶瓷材料能应用在75KV的变压器中，能满足此导电滑环传输要求；

B、定子组件的制备：

导电滑环的定子组件的基材为钢，通过车加工和铣加工完成定子组件的外形加工，同时，在定子组件的圆周面，按照电刷组件的尺寸以及温度传感器的尺寸，加工安装定位槽；为保证导电滑环的定子组件的耐腐蚀性，在定子组件的表面喷涂防腐漆；

为了保证大功率导电滑环的安装精度，在定子组件的两个轴承位采用公差配车，量取轴承的尺寸之后，进行配车轴承位，轴承位的公差范围在0～0.5mm之内；同时，为了适应海洋的使用环境，提高大功率导电滑环的密封性，大功率导电滑环的轴承位加工光洁度不大于0.04；

C、电刷组件的制备：

电刷组件的主要材料是电解铜和石墨，掺杂银粉，电刷组件与铜质的导电滑环之间采用圆弧型啮合方式，增加接触面积，为防止相邻环片之间放电，在电刷组件内设有弹簧，采用外力迫使刷块与环片很好的接触，电刷组件的厚度为300mm，单个触点压力设置为1000g～2000g，电刷组件是磨损易耗件，当刷块的前端磨损后，利用弹簧的张力，保证电刷组件与环片时时紧密接触；同时，在电刷组件的两测用绝缘树脂材料加工成绝缘垫圈，以用来保护电刷组件的绝缘；再者，后期维护需要更换电刷组件，因此在导电滑环的外壳上开有4个出线孔，方便电刷组件的更换；

电刷组件部分主要分成3组，均放置有3个刷块，进行三相电压传输；

电刷组件的尺寸和绝缘层设计：

电刷组件的尺寸：传输截面积7009mm²；

电刷组件的绝缘层的厚度：绝缘树脂的厚度为60mm，绝缘陶瓷为30mm，保障产品的电传输绝缘安全；

通过试验验证，30mm的绝缘陶瓷材料和60mm的绝缘树脂材料能应用在75KV的变压器中，可以满足此导电滑环的传输要求；

在电刷组件内设有弹簧，通过弹簧的自身弹力保证刷块与环片的紧密接触和接触压力，弹簧的直径为8-15mm，保持弹簧的压力在1000g-2000g，同时弹簧的变形量控制30-50mm，保证刷块在1000g-2000g范围内能稳定接触；在弹簧的上端布置有压力传感器，时时监测弹簧对刷块的压力；

单点系泊导电滑环应用于大型船舶，随海浪进行摇摆，在摇摆情况下的稳定性能是保证导电滑环正常工作的首要任务，因此，在刷块的左上端布置有振动传感器，时时监测导电滑环的振动量级；

同时，采取10根直径5mm的导线实现240mm²海缆与电刷组件的接触，在直径5mm的导线周围用绝缘材料将海缆紧密包裹，并在绝缘材料的上面灌注环氧树脂胶；

D、密封模块的设计：

环体组件部分和定子部件的密封采用静密封和动密封相结合的结构；

动密封适用于液压气动***及各种机械设备和元器件，在规定的压力、温度以及不同的液体和气体介质中，于静止或运动状态下起密封作用；“静密封用于往复运动油缸、气缸中的活塞杆或阀杆外露处起防尘作用；

在导电轴承的两侧进行导电滑环的密封，在导电滑环的表面开孔进行润滑脂的添加，当导电滑环的润滑满足不了使用要求时，能添加油脂，以有效保证导电滑环在工作寿命周期内润滑不失效；

E、大功率导电滑环的制备：

海洋单点系泊平台用大功率导电滑环，将环体组件制备完成后与定子组件通过螺钉连接，以左轴承和右轴承作为支撑进行相对旋转运动，实现大功率电压信号的传输，并在定子组件内安装密封圈，防止海洋环境下盐雾进入环体组件的内部；为了保证大功率导电滑环的安装精度，在定子组件的两个轴承位采用公差配车。

超大功率电旋转传输装置由环体组件和定子部件构成，各个部分功能及设计要点如下：

A、环体组件位于上侧，随着上级***转动，引出4根海缆，海缆与环体组件之间做好密封；导电滑环的驱动方法和措施由上级***设计方考虑，不能直接由海缆带动导电滑环的转动；

B、定子组件位于下侧，通过支撑架固定到上级***平台上，支撑架周围单边1m的区域作为维护区域，需要保留相应的走廊；导电滑环的电刷组件引出线朝下弯曲，4根海缆交错弯曲，做好4根海缆的固定工作，能适应系泊平台设计海况。

本发明具有以下优点：

1、实现海洋平台用导电滑环大功率传输，传输能力达到120MW；

2、研究海洋平台用大功率导电滑环的金属材料、非金属材料选取；

3、在产品使用过程中，通过振动传感器、压力传感器、温度传感器对电力传输进行监测和控制，保障电力传输的安全性和稳定性；

4、价格便宜，安装、维护方便，能保障我国海洋工程的发展和壮大。

本发明是在目前国内尚无单点系泊用大功率导电滑环的情况下，在进行了大量工艺试验摸索和理论研究的基础上，发明了单点系泊用大功率导电滑环，成功地实现了导电滑环中在海洋环境下进行的大功率传输，从而填补了国内空白。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为电刷组件、海缆以及“U”型槽的局部放大图；

图3为海缆的横截面图；

其中，101－左密封圈；102－左轴承；103－环体组件；104－环片；105－绝缘垫圈；106－右轴承；107－右密封圈；108－海缆；109－电刷组件；

110－振动传感器；111－压力传感器；112－定子组件；113－温度传感器；

114－弹簧；115－“U”形槽；116－定子组件通孔；117－刷块。

具体实施方式：

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

一种海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环，包括定子组件112、轴体组件103、环片104、左密封圈101、左轴承102、绝缘垫圈105、右轴承106、右密封圈107和电刷组件109，在轴体组件103和定子组件112之间的左右两端分别套有左密封圈101、左轴承102和右轴承106、右密封圈107，使得套在定子组件112中的轴体组件103能相对于定子组件112进行转动，在轴体组件103上设有若干片呈均匀排列的环片104，相邻环片104之间采用绝缘陶瓷材料作为绝缘垫圈105，带刷块117的电刷组件109通过电刷组件螺钉安装在定子组件112的外侧壁上，在环片104的外侧壁上设有由两个绝缘垫圈105和一个环片104组成的“U”形槽115，在定子组件112的外壁中间设有带有密封圈的通孔116，使得电刷组件109从定子组件112的通孔116中穿过，海缆108的一端随电刷组件109伸入到定子组件112内，电刷组件109嵌入到两个相邻的绝缘垫圈105之间与环片104滑动接触，两个温度传感器113的各一端伸入到定子组件112内并分别与左轴承102、右轴承106的外壁接触，温度传感器113通过导线与控制电路连接。

在电刷组件109内设有弹簧114，弹簧114的一端与刷块117连接，弹簧114的另一端钩住电刷组件109的壳体，采用外力迫使刷块117与环片104很好的接触。

在电刷组件109内的弹簧114上端设有压力传感器110，以时时监测弹簧114对刷块117的压力；在电刷组件109内的刷块117左上端设有振动传感器111，以时时监测导电滑环的振动量级；振动传感器110、压力传感器111分别通过导线与控制电路连接。

为增加接触面积，电刷组件109与环片104间采用圆弧型啮合方式，将单个触点压力设置为1000g～2000g，并实时监测弹簧114对电刷组件109的压力。

一种海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环的制备方法，具体步骤如下：

A、环体组件的制备：

超大功率导电滑环的环体组件采用高纯度铜合金作为基体进行输电，表面不处理；铜环与铜环之间采用绝缘陶瓷材料作为绝缘垫圈；绝缘垫圈比铜导电滑环的外径大，能增加相邻环路间的耐压能力；

环体组件的成形过程中，三相线的3根导线为一束线，导线与环片为压接而成，在环体组件的成形过程中，逐一压接安装成形，在环体与导线的空隙内填充绝缘环氧树脂；

将环片依次叠组在中心轴上，两块相邻的环片之间用绝缘垫圈隔开，将单根导线从单股导线的绝缘棒内依次穿过环片的小孔，直到与相接的环片进行压接，并将左侧位置填满绝缘环氧树脂，直到所有环片与导线压接完成；

绝缘间距：30mm，直径方向凸40mm；

通过对绝缘陶瓷材料的绝缘性能试验，30mm的绝缘陶瓷材料能应用在75KV的变压器中，能满足此导电滑环传输要求；

B、定子组件的制备：

导电滑环的定子组件的基材为钢，通过车加工和铣加工完成定子组件的外形加工，同时，在定子组件的圆周面，按照电刷组件的尺寸以及温度传感器的尺寸，加工安装定位槽；为保证导电滑环的定子组件的耐腐蚀性，在定子组件的表面喷涂防腐漆；

为了保证大功率导电滑环的安装精度，在定子组件的两个轴承位采用公差配车，量取轴承的尺寸之后，进行配车轴承位，轴承位的公差范围在0～0.5mm之内；同时，为了适应海洋的使用环境，提高大功率导电滑环的密封性，大功率导电滑环的轴承位加工光洁度不大于0.04；

C、电刷组件的制备：

电刷组件的主要材料是电解铜和石墨，掺杂银粉，电刷组件与铜质的导电滑环之间采用圆弧型啮合方式，增加接触面积，为防止相邻环片之间放电，在电刷组件内设有弹簧，采用外力迫使刷块与环片很好的接触，电刷组件的厚度为300mm，单个触点压力设置为1000g～2000g，电刷组件是磨损易耗件，当刷块的前端磨损后，利用弹簧的张力，保证电刷组件与环片时时紧密接触；同时，在电刷组件的两测用绝缘树脂材料加工成绝缘垫圈，以用来保护电刷组件的绝缘；再者，后期维护需要更换电刷组件，因此在导电滑环的外壳上开有4个出线孔，方便电刷组件的更换；

电刷组件部分主要分成3组，均放置有3个刷块，进行三相电压传输；

电刷组件的尺寸和绝缘层设计：

电刷组件的尺寸：传输截面积7009mm²；

电刷组件的绝缘层的厚度：绝缘树脂的厚度为60mm，绝缘陶瓷为30mm，保障产品的电传输绝缘安全；

通过试验验证，30mm的绝缘陶瓷材料和60mm的绝缘树脂材料能应用在75KV的变压器中，可以满足此导电滑环的传输要求；

在电刷组件内设有弹簧，通过弹簧的自身弹力保证刷块与环片的紧密接触和接触压力，弹簧的直径为8-15mm，保持弹簧的压力在1000g-2000g，同时弹簧的变形量控制30-50mm，保证刷块在1000g-2000g范围内能稳定接触；在弹簧的上端布置有压力传感器，时时监测弹簧对刷块的压力；

单点系泊导电滑环应用于大型船舶，随海浪进行摇摆，在摇摆情况下的稳定性能是保证导电滑环正常工作的首要任务，因此，在刷块的左上端布置有振动传感器，时时监测导电滑环的振动量级；

同时，采取10根直径5mm的导线实现240mm²海缆与电刷组件的接触，在直径5mm的导线周围用绝缘材料将海缆紧密包裹，并在绝缘材料的上面灌注环氧树脂胶；

D、密封模块的设计：

环体组件部分和定子部件的密封采用静密封和动密封相结合的结构；

动密封适用于液压气动***及各种机械设备和元器件，在规定的压力、温度以及不同的液体和气体介质中，于静止或运动状态下起密封作用；“静密封用于往复运动油缸、气缸中的活塞杆或阀杆外露处起防尘作用；

在导电轴承的两侧进行导电滑环的密封，在导电滑环的表面开孔进行润滑脂的添加，当导电滑环的润滑满足不了使用要求时，能添加油脂，以有效保证导电滑环在工作寿命周期内润滑不失效；

E、大功率导电滑环的制备：

海洋单点系泊平台用大功率导电滑环，将环体组件制备完成后与定子组件通过螺钉连接，以左轴承和右轴承作为支撑进行相对旋转运动，实现大功率电压信号的传输，并在定子组件内安装密封圈，防止海洋环境下盐雾进入环体组件的内部；为了保证大功率导电滑环的安装精度，在定子组件的两个轴承位采用公差配车。

Claims (5)

1.一种海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环，包括定子组件、轴体组件、环片、左密封圈、左轴承、绝缘垫圈、右轴承、右密封圈和电刷组件，在轴体组件和定子组件之间的左右两端分别套有左密封圈、左轴承和右轴承、右密封圈，使得套在定子组件中的轴体组件能相对于定子组件进行转动，在轴体组件上设有若干片呈均匀排列的环片，相邻环片之间采用绝缘陶瓷材料作为绝缘垫圈，带刷块的电刷组件通过电刷组件螺钉安装在定子组件的外侧壁上，在环片的外侧壁上设有由两个绝缘垫圈和一个环片组成的“U”形槽，其特征在于：在定子组件的外壁中间设有带有密封圈的通孔，使得电刷组件从定子组件的通孔中穿过，海缆的一端随电刷组件伸入到定子组件内，电刷组件嵌入到两个相邻的绝缘垫圈之间与环片滑动接触，两个温度传感器的各一端伸入到定子组件内并分别与左轴承、右轴承的外壁接触，温度传感器分别通过导线与控制电路连接。

2.根据权利要求1所述的海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环，其特征在于：在电刷组件内的上端设有弹簧，弹簧的一端与刷块连接，弹簧的另一端钩住电刷组件壳体。

3.根据权利要求1所述的海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环，其特征在于：在电刷组件内的弹簧上端设有压力传感器，以时时监测弹簧对刷块的压力；在电刷组件内的刷块左上端设有振动传感器，以时时监测导电滑环的振动量级；振动传感器、压力传感器分别通过导线与控制电路连接。

4.根据权利要求1所述的海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环，其特征在于：为增加接触面积，电刷组件与环片间采用圆弧型啮合方式，将单个触点压力设置为1000g～2000g，并实时监测弹簧对电刷组件的压力。

5.一种海洋单点系泊平台用超大功率导电滑环的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

A、环体组件的制备：

超大功率导电滑环的环体组件采用高纯度铜合金作为基体进行输电，表面不处理；铜环与铜环之间采用绝缘陶瓷材料作为绝缘垫圈；绝缘垫圈比铜导电滑环的外径大，能增加相邻环路间的耐压能力；

环体组件的成形过程中，三相线的3根导线为一束线，导线与环片为压接而成，在环体组件的成形过程中，逐一压接安装成形，在环体与导线的空隙内填充绝缘环氧树脂；

将环片依次叠组在中心轴上，两块相邻的环片之间用绝缘垫圈隔开，将单根导线从单股导线的绝缘棒内依次穿过环片的小孔，直到与相接的环片进行压接，并将左侧位置填满绝缘环氧树脂，直到所有环片与导线压接完成；

绝缘间距：30mm，直径方向凸40mm；

通过对绝缘陶瓷材料的绝缘性能试验，30mm的绝缘陶瓷材料能应用在75KV的变压器中，能满足此导电滑环传输要求；

B、定子组件的制备：

导电滑环的定子组件的基材为钢，通过车加工和铣加工完成定子组件的外形加工，同时，在定子组件的圆周面，按照电刷组件的尺寸以及温度传感器的尺寸，加工安装定位槽；为保证导电滑环的定子组件的耐腐蚀性，在定子组件的表面喷涂防腐漆；

为了保证大功率导电滑环的安装精度，在定子组件的两个轴承位采用公差配车，量取轴承的尺寸之后，进行配车轴承位，轴承位的公差范围在0～0.5mm之内；同时，为了适应海洋的使用环境，提高大功率导电滑环的密封性，大功率导电滑环的轴承位加工光洁度不大于0.04；

C、电刷组件的制备：

电刷组件的主要材料是电解铜和石墨，掺杂银粉，电刷组件与铜质的导电滑环之间采用圆弧型啮合方式，增加接触面积，为防止相邻环片之间放电，在电刷组件内加弹簧，采用外力迫使刷块与铜环很好的接触，电刷组件的厚度为300mm，单个触点压力设置为1000g～2000g，电刷组件是磨损易耗件，当电刷滑块的前端磨损后，利用弹簧的张力，保证电刷组件与环片时时紧密接触；同时，在电刷组件的两测用绝缘树脂材料加工成绝缘垫圈，以用来保护电刷组件的绝缘；再者，后期维护需要更换电刷组件，因此在导电滑环的外壳上开有4个出线孔，方便电刷组件的更换；

电刷组件部分主要分成3组，均放置有3个刷块，进行三相电压传输；

电刷组件的尺寸和绝缘层设计：

电刷组件的尺寸：传输截面积7009mm²；

电刷组件的绝缘层的厚度：绝缘树脂的厚度为60mm，绝缘陶瓷为30mm，保障产品的电传输绝缘安全；

通过试验验证，30mm的绝缘陶瓷材料和60mm绝缘树脂材料能应用在75KV的变压器中，可以满足此导电滑环的传输要求；

在电刷组件的上端布置弹簧，通过弹簧的自身弹力保证碳刷与环片的紧密接触和接触压力，弹簧的直径为8-15mm，保持弹簧的压力在1000g-2000g，同时弹簧的变形量控制30-50mm，保证刷块在1000g-2000g范围内能稳定接触；在弹簧的上端布置有压力传感器，时时监测弹簧对刷块的压力；

单点系泊导电滑环应用于大型船舶，随海浪进行摇摆，在摇摆情况下的稳定性能是保证导电滑环正常工作的首要任务，因此，在刷块的左上端布置有振动传感器，时时监测导电滑环的振动量级；

同时，采取10根直径5mm的导线实现240mm²海缆与电刷组件的接触，在直径5mm的导线周围用绝缘材料将海缆紧密包裹，并在绝缘材料的上面灌注环氧树脂胶；

D、密封模块的设计：

环体组件部分和定子部件的密封采用静密封和动密封相结合的结构；

动密封适用于液压气动***及各种机械设备和元器件，在规定的压力、温度以及不同的液体和气体介质中，于静止或运动状态下起密封作用；“静密封用于往复运动油缸、气缸中的活塞杆或阀杆外露处起防尘作用；

在导电轴承的两侧进行导电滑环的密封，在导电滑环的表面开孔进行润滑脂的添加，当导电滑环的润滑满足不了使用要求时，能添加油脂，以有效保证导电滑环在工作寿命周期内润滑不失效；

E、大功率导电滑环的制备：

海洋单点系泊平台用大功率导电滑环，将环体组件制备完成后与定子组件通过螺钉连接，以左轴承和右轴承作为支撑进行相对旋转运动，实现大功率电压信号的传输，并在定子组件内安装密封圈，防止海洋环境下盐雾进入环体组件的内部；为了保证大功率导电滑环的安装精度，在定子组件的两个轴承位采用公差配车。

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